1 LA LUCE La luce è una forma di energia, e sulla sua natura sono state fatte nel corso della storia molteplici ipotesi. Attualmente si è arrivati alla conclusione che la luce ha una doppia natura, ondulatoria e corpuscolare. Questa realtà è denominata “dualismo onda-corpuscolo”. PREMESSA: la luce in un mezzo trasparente omogeneo (o nel vuoto) si propaga in modo rettilineo. Analizziamo ora la doppia natura della luce. Quando la luce si propaga, nel vuoto o nei mezzi trasparenti, si propaga come onda elettromagnetica. Quando la luce interagisce con la materia, cioè colpisce una superficie solida, per esempio metallica, si evidenzia la sua natura corpuscolare (detta attualmente quantistica): essa si rivela infatti composta da particelle di energia, detti QUANTI o FOTONI. Della luce si può rilevare o la natura ondulatoria (onde) o la natura corpuscolare (fotoni) a seconda di quale situazione si sta osservando. NATURA ONDULATORIA DELLA LUCE La luce è costituita da onde elettromagnetiche sinusoidali, simili come forma alle onde che si producono sulla superficie dell’acqua. Esse hanno una direzione di propagazione, e su due piani perpendicolari tra loro e passanti per tale direzione vi sono il campo elettrico e il campo magnetico, sinusoidali e in fase. CF QUARENGHI Cecilia Volpato Settembre 2016 2 La distanza tra due creste successive si chiama LUNGHEZZA D’ONDA , e le onde luminose sono composte da onde con differenti , da 390 nm (1 nm = 10-9 m) a 780 nm. In questo range di sono presenti le varie bande dei colori spettrali, dal violetto, prossimo ai 390 nm, al rosso, prossimo ai 780 nm. A metà dello spettro luminoso si hanno il verde e il giallo (giallo: 589 nm; verde: 555 nm). OSSERVAZIONE: il picco di sensibilità dell’occhio è ai 555 nm in visione diurna. Subito oltre i confini dello spettro luminoso si hanno l’ultravioletto (UV) e l’infrarosso (IR). In realtà la luce costituisce una strettissima banda dello spettro delle onde elettromagnetiche (qui elencate con lunghezze d’onda crescenti): - Raggi Raggi X UV Spettro luminoso IR Micro-onde Onde radio SPETTRO ELETTROMAGNETICO Questo spettro è presentato nel disegno con lunghezze d’onda decrescenti e frequenze crescenti. Lo spettro luminoso (policromatico) comprende i seguenti colori (visibili in presenza di un arcobaleno): - Violetto Indaco Azzurro Verde Giallo Arancione Rosso Questo spettro elencato è presentato con lunghezze d’onda crescenti, avendo il violetto le più basse e il rosso le più alte. CF QUARENGHI Cecilia Volpato Settembre 2016 3 SPETTRO SOLARE E SPETTRO VISIBILE Definiamo ora la FREQUENZA f di un’onda: ponendoci in un punto fisso attraversato da un’onda, la frequenza è il numero di lunghezze d’onda (dette anche oscillazioni complete) che passano in un secondo. La frequenza si misura in Hz (Hertz): Molto importante è parlare della velocità della luce nel vuoto, detta universalmente c, la massima velocità raggiungibile nell’universo e in realtà raggiunta soltanto dalle onde elettromagnetiche: Una velocità altissima, che rappresenta anche una costante fisica. Quando la luce entra in un mezzo trasparente essa rallenta, e rallenta tanto più quanto il mezzo è denso. La relazione tra lunghezza d’onda, frequenza e velocità della luce nel vuoto è la seguente: c = 0 f CF QUARENGHI Cecilia Volpato Settembre 2016 4 dove 0 è la lunghezza d’onda della luce nel vuoto ( e con buona approssimazione, per i nostri scopi, in aria). Quando la luce passa dal vuoto a un mezzo variano velocità e lunghezza d’onda, ma non la frequenza. In un mezzo trasparente l’equazione diventa: v=f dove v e sono la velocità e la lunghezza d’onda nel mezzo. CONCETTO FONDAMENTALE: lunghezza d’onda e frequenza sono tra loro inversamente proporzionali. Dalle formule sopra citate si deduce quindi come le frequenze del violetto sono le maggiori all’interno dello spettro visibile e quelle del rosso le minori. Se ne deduce anche come gli ultravioletti (UV) hanno alta frequenza e gli infrarossi (IR) hanno bassa frequenza. L’altezza della cresta di un’onda è detta AMPIEZZA dell’onda ed è legata alla nostra percezione dell’intensità luminosa. NATURA QUANTISTICA DELLA LUCE Nella luce l’energia non è distribuita in modo uniforme, ma quando la luce impatta sulla materia tale energia si rivela compattata in particelle dette fotoni o quanti la cui energia E è data dalla formula: E=hf Dove h = 6,6 10-34 J sec è la costante di Planck (J è il simbolo del Joule, unità di misura dell’energia). Anche h è una costante fisica. La frequenza di un’onda luminosa, o in generale elettromagnetica, ha dunque importanza in quanto è strettamente collegata all’energia dei fotoni o quanti (pacchetti di energia) di cui è composta la luce. Maggiore è la frequenza, maggiore è l’energia trasportata dalla luce, e maggiore anche la sua pericolosità. Ne consegue che la luce violetta è più energetica e dunque più pericolosa della luce rossa. Nello stesso modo i raggi UV sono più pericolosi dei raggi IR. Considerando tutto lo spettro elettromagnetico, i fotoni hanno frequenza maggiore e dunque anche energia maggiore delle onde radio. Da qui la pericolosità crescente delle radiazione all’aumentare della loro lunghezza d’onda. CF QUARENGHI Cecilia Volpato Settembre 2016
